Breaking a Chaotic Cryptographic Scheme Based on Composition Maps

Recently, a chaotic cryptographic scheme based on composition maps was proposed. This paper studies the security of the scheme and reports the following findings: 1) the scheme can be broken by a differential attack with $6+\lceil\log_L(MN)\rceil$ chosen-plaintext, where $MN$ is the size of plaintext and $L$ is the number of different elements in plain-text; 2) the scheme is not sensitive to the changes of plaintext; 3) the two composition maps do not work well as a secure and efficient random number source.Comment: 9 pages, 7 figure

Improving Chaotic Cryptographic Primitives Based On Map’s Complexity And Period Length Of The Chaotic Maps

Peta camuk berkentuan menghasilkan ciri-ciri seperti determinisme, ergodisiti, perlakuan seperti rawak, ketidaklineran, aperiodisiti, entropi yang tinggi, imbangan, ketak kemerostan, korelasi maklumat yang amat rendah, dan kepekaan/kesensitifan yang amat tinggi terhadap perubahan yang amat kecil daripada keadaan awal dan parameter kawalan. Deterministic chaotic maps possess profound characteristics such as determinism, ergodicity, random-like behavior, nonlinearity, aperiodicity, high entropy, balance, nondegeneracy, incredibly low correlation of information and extreme sensitivity to very small changes of the initial condition and control-parameters

Analysis and Design Security Primitives Based on Chaotic Systems for eCommerce

Security is considered the most important requirement for the success of electronic commerce, which is built based on the security of hash functions, encryption algorithms and pseudorandom number generators. Chaotic systems and security algorithms have similar properties including sensitivity to any change or changes in the initial parameters, unpredictability, deterministic nature and random-like behaviour. Several security algorithms based on chaotic systems have been proposed; unfortunately some of them were found to be insecure and/or slow. In view of this, designing new secure and fast security algorithms based on chaotic systems which guarantee integrity, authentication and confidentiality is essential for electronic commerce development. In this thesis, we comprehensively explore the analysis and design of security primitives based on chaotic systems for electronic commerce: hash functions, encryption algorithms and pseudorandom number generators. Novel hash functions, encryption algorithms and pseudorandom number generators based on chaotic systems for electronic commerce are proposed. The securities of the proposed algorithms are analyzed based on some well-know statistical tests in this filed. In addition, a new one-dimensional triangle-chaotic map (TCM) with perfect chaotic behaviour is presented. We have compared the proposed chaos-based hash functions, block cipher and pseudorandom number generator with well-know algorithms. The comparison results show that the proposed algorithms are better than some other existing algorithms. Several analyses and computer simulations are performed on the proposed algorithms to verify their characteristics, confirming that these proposed algorithms satisfy the characteristics and conditions of security algorithms. The proposed algorithms in this thesis are high-potential for adoption in e-commerce applications and protocols

ANALYSIS OF NEW CHAOTIC MAP AND PERFORMANCE EVALUATION IN ITS APPLICATION TO DIGITAL COLOR IMAGE ENCRYPTION

In this research a new chaotic map which is a modification from composition of MS map and Improved logistics map is proposed. New map’s chaotic behavior is proven by the bifurcation diagram and Lyapunov exponent. This map will be used in chaos-based cryptography as a keystream generator and then it will be processed in the encryption and decryption algorithms through XOR operations. The results of the encryption and decryption processes were evaluated by several tests such as key sensitivity analysis, histogram analysis, correlation analysis, and image quality analysis. All the tests are doing to evaluate the performance new chaotic map in encryption of digital color image. Based on the results of several tests, a conclusion can be drawn that the encryption and decryption process is successful and difficult to attack with various kinds of attacks. The key that built from new chaotic map has a good sensitivity

Digital Design of New Chaotic Ciphers for Ethernet Traffic

Durante los últimos años, ha habido un gran desarrollo en el campo de la criptografía, y muchos algoritmos de encriptado así como otras funciones criptográficas han sido propuestos.Sin embargo, a pesar de este desarrollo, hoy en día todavía existe un gran interés en crear nuevas primitivas criptográficas o mejorar las ya existentes. Algunas de las razones son las siguientes:• Primero, debido el desarrollo de las tecnologías de la comunicación, la cantidad de información que se transmite está constantemente incrementándose. En este contexto, existen numerosas aplicaciones que requieren encriptar una gran cantidad de datos en tiempo real o en un intervalo de tiempo muy reducido. Un ejemplo de ello puede ser el encriptado de videos de alta resolución en tiempo real. Desafortunadamente, la mayoría de los algoritmos de encriptado usados hoy en día no son capaces de encriptar una gran cantidad de datos a alta velocidad mientras mantienen altos estándares de seguridad.• Debido al gran aumento de la potencia de cálculo de los ordenadores, muchos algoritmos que tradicionalmente se consideraban seguros, actualmente pueden ser atacados por métodos de “fuerza bruta” en una cantidad de tiempo razonable. Por ejemplo, cuando el algoritmo de encriptado DES (Data Encryption Standard) fue lanzado por primera vez, el tamaño de la clave era sólo de 56 bits mientras que, hoy en día, el NIST (National Institute of Standards and Technology) recomienda que los algoritmos de encriptado simétricos tengan una clave de, al menos, 112 bits. Por otro lado, actualmente se está investigando y logrando avances significativos en el campo de la computación cuántica y se espera que, en el futuro, se desarrollen ordenadores cuánticos a gran escala. De ser así, se ha demostrado que algunos algoritmos que se usan actualmente como el RSA (Rivest Shamir Adleman) podrían ser atacados con éxito.• Junto al desarrollo en el campo de la criptografía, también ha habido un gran desarrollo en el campo del criptoanálisis. Por tanto, se están encontrando nuevas vulnerabilidades y proponiendo nuevos ataques constantemente. Por consiguiente, es necesario buscar nuevos algoritmos que sean robustos frente a todos los ataques conocidos para sustituir a los algoritmos en los que se han encontrado vulnerabilidades. En este aspecto, cabe destacar que algunos algoritmos como el RSA y ElGamal están basados en la suposición de que algunos problemas como la factorización del producto de dos números primos o el cálculo de logaritmos discretos son difíciles de resolver. Sin embargo, no se ha descartado que, en el futuro, se puedan desarrollar algoritmos que resuelvan estos problemas de manera rápida (en tiempo polinomial).• Idealmente, las claves usadas para encriptar los datos deberían ser generadas de manera aleatoria para ser completamente impredecibles. Dado que las secuencias generadas por generadores pseudoaleatorios, PRNGs (Pseudo Random Number Generators) son predecibles, son potencialmente vulnerables al criptoanálisis. Por tanto, las claves suelen ser generadas usando generadores de números aleatorios verdaderos, TRNGs (True Random Number Generators). Desafortunadamente, los TRNGs normalmente generan los bits a menor velocidad que los PRNGs y, además, las secuencias generadas suelen tener peores propiedades estadísticas, lo que hace necesario que pasen por una etapa de post-procesado. El usar un TRNG de baja calidad para generar claves, puede comprometer la seguridad de todo el sistema de encriptado, como ya ha ocurrido en algunas ocasiones. Por tanto, el diseño de nuevos TRNGs con buenas propiedades estadísticas es un tema de gran interés.En resumen, es claro que existen numerosas líneas de investigación en el ámbito de la criptografía de gran importancia. Dado que el campo de la criptografía es muy amplio, esta tesis se ha centra en tres líneas de investigación: el diseño de nuevos TRNGs, el diseño de nuevos cifradores de flujo caóticos rápidos y seguros y, finalmente, la implementación de nuevos criptosistemas para comunicaciones ópticas Gigabit Ethernet a velocidades de 1 Gbps y 10 Gbps. Dichos criptosistemas han estado basados en los algoritmos caóticos propuestos, pero se han adaptado para poder realizar el encriptado en la capa física, manteniendo el formato de la codificación. De esta forma, se ha logrado que estos sistemas sean capaces no sólo de encriptar los datos sino que, además, un atacante no pueda saber si se está produciendo una comunicación o no. Los principales aspectos cubiertos en esta tesis son los siguientes:• Estudio del estado del arte, incluyendo los algoritmos de encriptado que se usan actualmente. En esta parte se analizan los principales problemas que presentan los algoritmos de encriptado standard actuales y qué soluciones han sido propuestas. Este estudio es necesario para poder diseñar nuevos algoritmos que resuelvan estos problemas.• Propuesta de nuevos TRNGs adecuados para la generación de claves. Se exploran dos diferentes posibilidades: el uso del ruido generado por un acelerómetro MEMS (Microelectromechanical Systems) y el ruido generado por DNOs (Digital Nonlinear Oscillators). Ambos casos se analizan en detalle realizando varios análisis estadísticos a secuencias obtenidas a distintas frecuencias de muestreo. También se propone y se implementa un algoritmo de post-procesado simple para mejorar la aleatoriedad de las secuencias generadas. Finalmente, se discute la posibilidad de usar estos TRNGs como generadores de claves. • Se proponen nuevos algoritmos de encriptado que son rápidos, seguros y que pueden implementarse usando una cantidad reducida de recursos. De entre todas las posibilidades, esta tesis se centra en los sistemas caóticos ya que, gracias a sus propiedades intrínsecas como la ergodicidad o su comportamiento similar al comportamiento aleatorio, pueden ser una buena alternativa a los sistemas de encriptado clásicos. Para superar los problemas que surgen cuando estos sistemas son digitalizados, se proponen y estudian diversas estrategias: usar un sistema de multi-encriptado, cambiar los parámetros de control de los sistemas caóticos y perturbar las órbitas caóticas.• Se implementan los algoritmos propuestos. Para ello, se usa una FPGA Virtex 7. Las distintas implementaciones son analizadas y comparadas, teniendo en cuenta diversos aspectos tales como el consumo de potencia, uso de área, velocidad de encriptado y nivel de seguridad obtenido. Uno de estos diseños, se elige para ser implementado en un ASIC (Application Specific Integrate Circuit) usando una tecnología de 0,18 um. En cualquier caso, las soluciones propuestas pueden ser también implementadas en otras plataformas y otras tecnologías.• Finalmente, los algoritmos propuestos se adaptan y aplican a comunicaciones ópticas Gigabit Ethernet. En particular, se implementan criptosistemas que realizan el encriptado al nivel de la capa física para velocidades de 1 Gbps y 10 Gbps. Para realizar el encriptado en la capa física, los algoritmos propuestos en las secciones anteriores se adaptan para que preserven el formato de la codificación, 8b/10b en el caso de 1 Gb Ethernet y 64b/10b en el caso de 10 Gb Ethernet. En ambos casos, los criptosistemas se implementan en una FPGA Virtex 7 y se diseña un set experimental, que incluye dos módulos SFP (Small Form-factor Pluggable) capaces de transmitir a una velocidad de hasta 10.3125 Gbps sobre una fibra multimodo de 850 nm. Con este set experimental, se comprueba que los sistemas de encriptado funcionan correctamente y de manera síncrona. Además, se comprueba que el encriptado es bueno (pasa todos los test de seguridad) y que el patrón del tráfico de datos está oculto.<br /

Multimedia

The nowadays ubiquitous and effortless digital data capture and processing capabilities offered by the majority of devices, lead to an unprecedented penetration of multimedia content in our everyday life. To make the most of this phenomenon, the rapidly increasing volume and usage of digitised content requires constant re-evaluation and adaptation of multimedia methodologies, in order to meet the relentless change of requirements from both the user and system perspectives. Advances in Multimedia provides readers with an overview of the ever-growing field of multimedia by bringing together various research studies and surveys from different subfields that point out such important aspects. Some of the main topics that this book deals with include: multimedia management in peer-to-peer structures & wireless networks, security characteristics in multimedia, semantic gap bridging for multimedia content and novel multimedia applications

Machine Learning in Sensors and Imaging

Machine learning is extending its applications in various fields, such as image processing, the Internet of Things, user interface, big data, manufacturing, management, etc. As data are required to build machine learning networks, sensors are one of the most important technologies. In addition, machine learning networks can contribute to the improvement in sensor performance and the creation of new sensor applications. This Special Issue addresses all types of machine learning applications related to sensors and imaging. It covers computer vision-based control, activity recognition, fuzzy label classification, failure classification, motor temperature estimation, the camera calibration of intelligent vehicles, error detection, color prior model, compressive sensing, wildfire risk assessment, shelf auditing, forest-growing stem volume estimation, road management, image denoising, and touchscreens

Cellular Automata

Modelling and simulation are disciplines of major importance for science and engineering. There is no science without models, and simulation has nowadays become a very useful tool, sometimes unavoidable, for development of both science and engineering. The main attractive feature of cellular automata is that, in spite of their conceptual simplicity which allows an easiness of implementation for computer simulation, as a detailed and complete mathematical analysis in principle, they are able to exhibit a wide variety of amazingly complex behaviour. This feature of cellular automata has attracted the researchers' attention from a wide variety of divergent fields of the exact disciplines of science and engineering, but also of the social sciences, and sometimes beyond. The collective complex behaviour of numerous systems, which emerge from the interaction of a multitude of simple individuals, is being conveniently modelled and simulated with cellular automata for very different purposes. In this book, a number of innovative applications of cellular automata models in the fields of Quantum Computing, Materials Science, Cryptography and Coding, and Robotics and Image Processing are presented

Symmetry-Adapted Machine Learning for Information Security

Symmetry-adapted machine learning has shown encouraging ability to mitigate the security risks in information and communication technology (ICT) systems. It is a subset of artificial intelligence (AI) that relies on the principles of processing future events by learning past events or historical data. The autonomous nature of symmetry-adapted machine learning supports effective data processing and analysis for security detection in ICT systems without the interference of human authorities. Many industries are developing machine-learning-adapted solutions to support security for smart hardware, distributed computing, and the cloud. In our Special Issue book, we focus on the deployment of symmetry-adapted machine learning for information security in various application areas. This security approach can support effective methods to handle the dynamic nature of security attacks by extraction and analysis of data to identify hidden patterns of data. The main topics of this Issue include malware classification, an intrusion detection system, image watermarking, color image watermarking, battlefield target aggregation behavior recognition model, IP camera, Internet of Things (IoT) security, service function chain, indoor positioning system, and crypto-analysis

CTRL SHIFT

CTRL SHIFT makes a case for design under contemporary computation. The abstractions of reading, writing, metaphors, mythology, code, cryptography, interfaces, and other such symbolic languages are leveraged as tools for understanding. Alternative modes of knowledge become access points through which users can subvert the control structures of software. By challenging the singular expertise of programmers, the work presented within advocates for the examination of internalized beliefs, the redistribution of networked power, and the collective sabotage of computational authority